高压带电显示装置在GIS中的应用

高二平

(厦门ABB高压开关有限公司，福建 厦门 361006)

摘 要：介绍了高压带电显示装置在SF6气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)上的应用，阐述了其工作原理及在GIS上实现的结构型式，并对比了高压带电显示装置的IEC标准、国家标准及行业标准的差异，总结了高压带电显示装置在GIS实际应用过程中出现的问题及影响因素，为GIS上使用高压带电显示装置提供了参考。

关键词：高压带电显示装置；SF6气体绝缘金属封闭式组合电器；结构型式；应用

中图分类号：TM591；TP277 文献标识码：B 文章编号：1007-3175(2016)06-0038-03

Application of High-Voltage Presence Indication System in

Gas Insulated Metal-Enclosed Switchgear

GAO Er-ping

（ABB High Voltage Switchgear (Xiamen) Co., Ltd, Xiamen 󰀳6󰀱006, China）

Abstract: Introduction was made to the application of high-voltage presence indication device in SF6 gas insulated metal-enclosed switchgear (GIS). This paper expounded on its working principle and the realized structural style in GIS, compared the difference among the relevant IEC, GB and DL standards of high-voltage presence indication device and summarized the arisen problems and influence factors in the practical application process of GIS in high-voltage presence indication device, to provide references for the application of high-voltage presence indication device in GIS. Key words: high-voltage presence indication device; SF6 gas insulated metal-enclosed switchgear; structure type; application

0 引言

高压带电显示装置(VPIS)用于开关设备中，检测及显示开关设备是否带电，具备带电闭锁和带电显示故障诊断功能，被广泛使用在电力系统中，简便快捷地为运行和检修人员提供了被监测处主回路带电状态的信息，同时配合验电器等的使用，有效防止了电气设备的误操作，保护人身的安全。

气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)由断路器、隔离开关、维护用接地开关、快速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、套管及母线以及这些元器件的封闭外壳、伸缩节等组成，内部充入SF6气体作为绝缘和灭弧介质，由于其占地面积小、全封闭等优点，被广泛使用在各级变电站中，其安全稳定运行对现代电网的建设起到至关重要的作用。

由于GIS一次侧电压及电流都较高，将高压带电显示装置成功使用在GIS上，为高压带电显示装

置的应用提出了新的课题。本文介绍了根据GIS特点采用的高压带电显示装置的工作原理，在GIS上实现的结构型式，在GIS应用好坏的关键影响因素及相应措施等方面进行了详细的分析。

1 工作原理

带电显示装置按类型可分为电容式、电阻式及光学式等，在GIS设备中由于主回路电压及电流值都很高，不易直接测量，同时带电显示装置仅用于显示主回路上的带电状态，通常使用电容感应式带电显示装置，采用电容分压原理实现对于GIS一次导体带电状态的监测。

GIS的设计通常使用外壳导体同轴结构，为不均匀电场结构，VPIS电容感应单元以外壳为支撑，处于高电位及地电位之间，一次导体和VPIS感应单元之间存在电容，VPIS本身也存在电容，带电显示装置利用电容分压原理，在VPIS感应单元上

作者简介：高二平(1975- )，女，工程师，硕士，从事GIS产品维护及技术发展工作。

󰀳󰀸

高压带电显示装置在GIS中的应用感应到电压信号，达到一定值时，激发显示器二次电路并输出带电显示和闭锁信号，其原理示意图如图1所示。C1UHVC2ZCECACIU2

图1 电容感应式带电显示装置原理示意图

电容分压原理：

UC1

2= ×C+CCUHV

12+CE+A+C(1)

I

式中，UHV为一次导体对地电压；U2为高压带电装置检测单元电压；C1为一次导体对VPIS感应单元的电容；C2为感应单元对GIS外壳电容；Z为避雷器；CE为同轴电缆电容；CA为可调电容；CI为显示器负载电容。

2 标准要求及对比

由于高压带电显示装置在电力系统中被普遍使用，推动了相关标准的建立，其中包括IEC61958：2000[1]、GB25081—2010[2]及DL/T538—2006[3]，它们虽然是针对VPIS的技术要求，但在阀值的要求上有所差异。GB25081—2010及DL/T538—2006标准中要求的阀值较IEC61958：2000高，在GB25081—2010中继续细分了三相系统为中性点不接地系统及中性点接地系统的阀值有不同的要求，如表1所示。

表1 高压带电显示装置不同标准的要求对比

高压带电装

置显示状态IEC61958：2000

GB25081—2010

DL/T538—2006

无显示＜10%Ur＜15%Un＜15%Un

40%Un～100%Un(中显示带电

45%U性点不接地系统)

r～100%Ur

40%U40%Un～100%Un

n～Un/ 3(中性点接地系统)

表1中Ur为额定相电压；Un为系统线电压。在高压带点显示装置的标准中均未对中间段电压值显示状态及如何显示做出规定，如IEC61958：2000中未规定10%Ur～45%Ur是否显示及如何显示；GB25081—2010及DL/T538—2006中未规定15%Un～40%Un是否显示及如何显示，所以在实际执行过程中，为便于更好区分和识别GIS的带电状态，较多厂家以半闪状态表示此段电压值。

电工电气 (20󰀱6 No.6)

3 结构型式

GIS中带电显示装置的电容感应单元预先安装在GIS壳体上，显示器安装在汇控柜或与电容感应单元邻近的盒子内。将高压带电体带电与否的信号传递到发光或音响元件上，显示或同时闭锁高压开关设备，VPIS包括电容感应单元、避雷器、同轴电缆和显示器等部件，如图2所示。

GIS侧A汇控柜1BPECPE无高压32PE4PE无误1—电容感应单元 2-避雷器 3-同轴电缆 4-电容模块

图2 带电显示装置在GIS安装示意图

高压带电显示装置中感应单元在GIS本体上的安装方式有以下三种，包括母线管道、绝缘子金属法兰及电缆终端单元，如图3所示，1为一次侧端子盒，实现信号的传递及与GIS外壳的密封、防水防尘等功能，含有避雷器等部件，避雷器用来抑制来自于高压侧的快速暂态电压；2为带电显示装置的电容感应单元，通过该单元感应GIS一次侧导体是否带电；3为GIS一次导体，在带电状态下为高电位；4为GIS外壳，是地电位。

1234a)母线管道VPIS

2134b)绝缘子金属法兰VPIS

󰀳󰀹

电工电气 (20󰀱6 No.6)1234c)电缆终端单元VPIS

图3 VPIS在GIS本体一次侧安装方式

4 影响因素

根据以上对于高压带电显示装置在GIS上使用原理、结构型式及相关标准要求的分析，同时，结合了高压带电显示装置在GIS上实际应用过程中的跟踪，出现问题及影响因素主要集中在以下5个方面。

1)VPIS电容感应单元对GIS电场强度及分布的影响。通过对VPIS在GIS上采用的工作原理的分析可以看出，在GIS一次侧安装VPIS电容感应单元，根据电容分压原理，电容极板或极柱的安装以GIS外壳为支撑，同时又需要与外壳绝缘，VPIS电容感应单元在GIS气室内，应重新核实GIS此处的电场强度及电场分布，并通过雷电冲击及工频耐压试验。

2)密封及环境防护性能。由于VPIS电容感应单元在GIS气室内，感应到的电压信号又需要通过同轴电缆引出，所以VPIS传感器单元的密封及防护性能至关重要。另外需要考虑GIS使用在户外环境潮湿的情况下，高压带电显示装置的一次侧部分内部易产生凝露，造成电路板元件间短路，为提高防潮等防护能力，电路板等电子器件都应提高其绝缘及耐腐蚀能力，如更改普通绝缘漆为刷三防漆，采用双层密封即密封胶防止进入雨水等。

3)防止快速暂态过电压的影响。由于GIS开关操作或接地故障中会产生快速暂态电压，由于带电显示装置的电容感应单元等部件安装在GIS的一次侧，存在瞬态电压输入致使电流瞬间变大的状况，在GIS一次侧带电显示装置的端子盒内安装了避雷器，正常情况下，避雷器具有很高的阻抗，在瞬态󰀴0

高压带电显示装置在GIS中的应用高电压超过避雷器的击穿电压时，避雷器阻抗急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果，提高了带电显示装置耐受电压冲击的能力，有效保护了带电显示装置。

4)电容值的计算。根据公式(1)和标准要求达到带电显示装置的显示及无显示的电压比值，都需要选择合适的电容值，首先C1值是带电显示装置的信号基准来源，从结构设计上即可计算出，对安装及结构一定的带电显示装置，其中C1、C2及CI为固定值，CE取决于同轴电缆的长度，CA的电容值需要根据高压开关设备的额定电压值等进行调整，二次侧显示单元本体上设计一组用于匹配的电容及整定的开关，以方便客户在现场增减匹配电容值，满足带电显示器动作电压的调整。另外，值得注意的是CA的位置，由于GIS一次侧电压较高，应将

A放在二次侧的显示单元附近更为合理，显示单元

要求接地。

5)抗干扰性能。在三相回路中一相或两相失电情况下，带电相应能正确显示“有电”，失电相应无显示。由于高压带电显示装置中电子元器件的使用，需提高其抗干扰性能，电压变化的抗扰度试验、直流电源输入端口纹波抗扰度试验、直流电源输入端口电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验，这些都需要按照标准进行相应的型式试验。

5 结语

本文从高压带电显示装置在GIS应用的工作原理、实现的结构型式及设计及应用中应考虑的影响因素出发，详细介绍了GIS应用的高压带电显示装置的特点，同时总结了高压带电显示装置在GIS上应用中应考虑其对GIS电场强度的影响、密封及防护性能、电力系统中主回路上快速暂态过电压的影响、电容值的计算、电子元器件的抗干扰性能，为GIS上使用高压带电显示装置提供了经验分享。

参考文献

[1] IEC61958：2000 High-voltage prefabricated

switchgear and controlgear assemblies–voltage presence indicating systems [S].[2] GB25081—2010 高压带电显示装置(VPIS)[S].[3] DL/T538—2006 高压带电显示装置[S].

修稿日期：2016-04-07

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